Tasarım Dayanımları Hesaplama: fcd, fctd, fyd
Betonarme hesaplarda kullanılan tasarım dayanımları; karakteristik (deney tabanlı) malzeme dayanımlarının kısmi güvenlik katsayılarına bölünmesiyle elde edilir. Bu rehber; (beton tasarım basınç...
Etiketler (5)
- Malzeme Kısmi Güvenlik Katsayıları
- Beton Tasarım Basınç Dayanımı — fcd
- Beton Tasarım Çekme Dayanımı — fctd
- Çelik Tasarım Akma Dayanımı — fyd
- Gerilme — Birim Şekil Değiştirme Modelleri
- Türkiye Saha Koşulları ve Uygulamaya Özgü Notlar
- Örnek Problemler
- Sık Yapılan Hatalar
- Kaynaklar
1. Malzeme Kısmi Güvenlik Katsayıları
Karakteristik dayanımlardan kısmi güvenlik katsayıları ile tasarım dayanımlarına; yük durumuna göre normal/deprem değerleri (TS 500:2000 / TBDY 2018 / EN 1992-1-1).
Betonarme taşıma gücü hesaplarında (ULS — Ultimate Limit State) malzeme güvenilirlik farklılıklarını hesaba katmak için kısmi güvenlik katsayıları (beton) ve (çelik) kullanılır.
1.1 TS 500:2000 (Madde 4.3 ve Madde 6.2.5)
Tablo 1: TS 500:2000 (Madde 4.3 ve Madde 6.2.5)
| Malzeme | Katsayı | Değer | Durum |
|---|---|---|---|
| Beton | 1,50 | Taşıma gücü (ULS) | |
| Beton | 1,00 | Servis yükü (SLS) | |
| Çelik | 1,15 | Taşıma gücü (ULS) | |
| Çelik | 1,00 | Servis yükü (SLS) |
Saha Notu: Türkiye uygulamasında yerinde dökülen beton için zorunludur. Yalnızca kalite denetimi yüksek önüretimli beton elemanlarda değeri kabul görebilir (TBDY 2018 Madde 8.2.3).
Dikkat: Servis durumu (SLS) hesaplarında (sehim, çatlak genişliği) alınmalıdır. Taşıma gücü katsayılarını SLS hesabında kullanmak hatalı ve güvenli olmayan sonuç verir.
1.2 EN 1992-1-1:2004 / TS EN 1992-1-1:2009 (Madde 2.4.2.4)
Tablo 2: EN 1992-1-1:2004 / TS EN 1992-1-1:2009 (Madde 2.4.2.4)
| Malzeme | Katsayı | Normal (ULS) | Deprem Kombinasyonu (EC8/TBDY) |
|---|---|---|---|
| Beton | 1,50 | 1,20 (EC8 — TR: TS 500 esas alınır) | |
| Çelik | 1,15 | 1,00 (EC8 — TR: TS 500 esas alınır) |
Saha Notu (Türkiye): TBDY 2018, Madde 7.2.4'e göre kesit hesaplarında kullanılacak yöntem TS 500:2000'dir. Bu nedenle deprem kombinasyonlarında da ve değerleri Türkiye uygulamasında geçerlidir. Azaltılmış katsayılar yalnızca tam EC8 uygulamasında geçerlidir.
2. Beton Tasarım Basınç Dayanımı — fcd
2.1 Tanım ve Formül
TS 500:2000 Madde 4.3 Formülü:
EN 1992-1-1:2004 Madde 3.1.6, Denklem 3.15:
Burada : uzun süreli etki ve yükleme şekli katsayısı. EN 1992-1-1 Madde 3.1.6'ya göre değeri ulusal ekle 0,80–1,00 arasında belirlenir. Türkiye uygulamasında kabul edilir; bu nedenle TS 500 ve EC2 formülleri aynı sonucu verir.
Saha Notu: TBDY 2018 Madde 7.2.5'e göre deprem etkisini karşılayacak betonarme elemanlarda en düşük beton sınıfı C25/30'dur (hazır beton). TDY 2007 (mülga, yerine TBDY 2018)'de C20 olan bu alt sınır, TBDY 2018 ile C25'e yükseltilmiştir. Önüretimli beton elemanlarda en az C30/37 kullanılması zorunludur.
2.2 Hesap Değerleri
Tablo 3: Hesap Değerleri
| Beton Sınıfı (TS 500 / EC2) | (MPa) | TS 500 (MPa) | EC2 (MPa) | k₁ katsayısı (TS 500 Çizelge 1.1) |
|---|---|---|---|---|
| C16 / C16/20 | 16 | 10,67 | 10,67 | 0,85 |
| C18 / C18/22 | 18 | 12,00 | 12,00 | 0,85 |
| C20 / C20/25 | 20 | 13,33 | 13,33 | 0,85 |
| C25 / C25/30 ★ | 25 | 16,67 | 16,67 | 0,85 |
| C30 / C30/37 | 30 | 20,00 | 20,00 | 0,82 |
| C35 / C35/45 | 35 | 23,33 | 23,33 | 0,79 |
| C40 / C40/50 | 40 | 26,67 | 26,67 | 0,76 |
| C45 / C45/55 | 45 | 30,00 | 30,00 | 0,73 |
| C50 / C50/60 | 50 | 33,33 | 33,33 | 0,70 |
★ TBDY 2018 kapsamında deprem etkisini karşılayan elemanlarda minimum beton sınıfı.
Dikkat: k₁ katsayısı beton sınıfına göre değişir (C30 ve üstü için 0,85'ten küçük). Eşdeğer basınç bloğu derinliği formülünde bu fark ihmal edilirse taşıma momenti hatalı hesaplanır.
2.3 Eşdeğer Dikdörtgen Basınç Bloğu
TS 500:2000 ve EN 1992-1-1, beton basınç bölgesindeki gerçek parabolik gerilme dağılımı yerine hesaplamayı kolaylaştıran eşdeğer dikdörtgen blok modelini kullanır:
- Basınç bloğu gerilmesi:
- Blok derinliği: (TS 500) veya (EC2 Md. 3.1.7)
- Maksimum basınç birim şekil değiştirmesi: (TS 500) | (EC2 Md. 3.1.7)
Beton ve donatı sınıfları için tasarım değerleri, yük tipine göre kısmi güvenlik katsayıları ve gerilme-birim deformasyon modelleri.
3. Beton Tasarım Çekme Dayanımı — fctd
3.1 Tanım ve Formül
Beton çekme dayanımı doğrudan taşıma gücü hesabında kullanılmaz (çekme bölgesi ihmal edilir), ancak kesme dayanımı, burulma çatlama sınırı, minimum donatı alanı ve çatlak genişliği hesaplarında kritik rol oynar.
TS 500:2000 Madde 4.3 Formülü:
: TS 500 Çizelge 3.1'den alınan karakteristik çekme dayanımı.
EN 1992-1-1:2004 Madde 3.1.6, Denklem 3.16:
3.2 Hesap Değerleri
Tablo 4: Hesap Değerleri
| Beton Sınıfı | TS500 (MPa) | TS500 (MPa) | EC2 (MPa) | EC2 (MPa) | EC2 (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|
| C16 | 1,40 | 0,93 | 1,9 | 1,3 | 0,87 |
| C20 | 1,60 | 1,07 | 2,2 | 1,5 | 1,00 |
| C25 | 1,80 | 1,20 | 2,6 | 1,8 | 1,20 |
| C30 | 1,90 | 1,27 | 2,9 | 2,0 | 1,33 |
| C35 | 2,10 | 1,40 | 3,2 | 2,2 | 1,47 |
| C40 | 2,20 | 1,47 | 3,5 | 2,5 | 1,67 |
| C45 | 2,30 | 1,53 | 3,8 | 2,7 | 1,80 |
| C50 | 2,50 | 1,67 | 4,1 | 2,9 | 1,93 |
Not: TS 500 ile EC2 değerleri birbirine yakındır; fark genellikle ±%5–10 düzeyindedir.
Saha Notu: TS 500:2000 Madde 8.1.1'e göre eğik çatlama dayanımı hesabında doğrudan kullanılır. C20 beton için denkleminde alınır.
Dikkat: TS 500 ve EC2 farklı tanımları kullandığından farklı elde edilir. Hangi standardın esas alındığı proje başında netleştirilmelidir; iki standardın değerleri birbiriyle karıştırılmamalıdır.
4. Çelik Tasarım Akma Dayanımı — fyd
4.1 Tanım ve Formül
TS 500:2000 Madde 4.3 / EN 1992-1-1:2004 Madde 3.2.7:
4.2 Türkiye'de Kullanılan Donatı Çeliği Sınıfları (TS 708:2010)
Türkiye'de donatı çeliği TS 708:2010 standardına göre sınıflandırılır. 2010 öncesi (S220, S420) ve 2010 sonrası (B serisi) sınıflar mevcuttur.
Tablo 5: Türkiye'de Kullanılan Donatı Çeliği Sınıfları (TS 708:2010)
| Çelik Sınıfı | Tip | (MPa) | (MPa) | (MPa) | TBDY 2018 Uyumu | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| S220 | Düz | 220 | 191 | 200 000 | 0,000957 | Hayır (önerilmez) |
| S420 | Nervürlü | 420 | 365 | 200 000 | 0,001826 | Evet |
| B420B | Nervürlü | 420 | 365 | 200 000 | 0,001826 | Kısıtlı |
| B420C | Nervürlü | 420 | 365 | 200 000 | 0,001826 | Evet (TBDY) |
| B500B | Nervürlü | 500 | 435 | 200 000 | 0,002174 | Evet |
| B500C | Nervürlü | 500 | 435 | 200 000 | 0,002174 | Evet (TBDY) |
| B500A | Profilli | 500 | 435 | 200 000 | 0,002174 | Kısıtlı |
Saha Notu: TBDY 2018 Madde 7.2.5'e göre deprem etkisini karşılayan betonarme elemanlar için yalnızca B420C veya B500C donatı çeliği kullanılması zorunludur. Bu sınıfların kopma uzaması oranı () ve çekme/akma dayanım oranı () koşulları sünekliği güvence altına alır. Etriye ve çiroz donatıları için B420C yeterli iken, boyuna donatılarda B500C tercih edilmektedir.
Dikkat: Piyasada S420 etiketli ürünlere rastlanabilmektedir. Şantiyede demir teslim alırken TS 708:2010'a göre çelik sınıfı "C" indisi taşıyor mu mutlaka kontrol edilmelidir. "B" indisli çelik (B420B, B500B) TBDY deprem etkisi kapsamında süneklik koşulunu karşılamayabilir.
5. Gerilme — Birim Şekil Değiştirme Modelleri
5.1 Beton Modeli
TS 500:2000 ve EN 1992-1-1:2004 Madde 3.1.7 — Eşdeğer Dikdörtgen Blok:
Tablo 6: Beton Modeli
| Parametre | TS 500:2000 | EN 1992-1-1:2004 |
|---|---|---|
| Basınç bloğu yoğunluğu | ||
| Blok katsayısı (≤C25) | 0,85 | |
| Blok katsayısı (C30) | 0,82 | |
| Sınır birim kısalma | 0,003 | 0,0035 (EC2 Md. 3.1.7) |
Dikkat: değerinin TS 500 (0,003) ile EC2 (0,0035) arasındaki fark, dengeli donatı oranı ve taşıma momenti hesabını doğrudan etkiler. EC2 esas alındığında daha küçük ve farklı tarafsız eksen derinliği elde edilir.
5.2 Çelik Modeli (Elasto-Plastik)
EN 1992-1-1:2004 Madde 3.2.7 / TS 500:2000:
Tüm donatı çelikleri için ve kopma birim uzaması alınır (TS 500:2000).
6. Türkiye Saha Koşulları ve Uygulamaya Özgü Notlar
6.1 TBDY 2018 Çerçevesinde Malzeme Sınırlamaları
TBDY 2018 Madde 7.2.5 kapsamında deprem etkisini taşıyan betonarme yapılarda:
- Beton: En az C25/30 (hazır beton); önüretimli elemanlarda en az C30/37
- Çelik: B420C veya B500C (TS 708:2010)
- Beton kalite kontrolü: Vibratörle yerleştirilmiş, bakımı yapılmış; kendiliğinden yerleşen beton kullanılabilir
6.2 Agresif Ortam ve Çevre Koşulları
Türkiye'nin farklı iklim bölgelerinde beton sınıfı seçimi agresif ortam etkisiyle değişir:
Tablo 7: Agresif Ortam ve Çevre Koşulları
| Maruziyet Sınıfı | Açıklama | Min. Beton Sınıfı | Türkiye Uygulaması |
|---|---|---|---|
| XC1 | İç mekân, nem az | C20/25 | C25 (TBDY min.) |
| XC3/XC4 | Sürekli ıslak-kuru döngü | C30/37 | C30 yaygın |
| XS1 | Deniz havası (kıyı) | C30/37 | Ege/Karadeniz kıyı: C30–C35 |
| XF1-XF4 | Donma/çözünme (İç Anadolu, Doğu) | C30/37 – C35/45 | Don bölgesi: min. C30 |
| XA2-XA3 | Sülfat saldırısı | C35/45 | Jips/evaporit içeren zemin bölgeleri |
Saha Notu: Türkiye'nin 1. derece deprem bölgelerinde (İstanbul, İzmir, Adana vb.) TBDY 2018 kapsamında C25 alt sınır geçerlidir; ancak kıyı iklimi ve deprem yükü bir arada değerlendirildiğinde C30 tercih edilmesi tavsiye edilir.
6.3 Türkiye Zemin Koşulları ve Beton Sınıfı Seçimi
Türkiye'de yaygın zemin tipleri farklı agresif etki riskine sahiptir:
- Alüvyon zemin (İstanbul, İzmir, Adana deltaları): Yüksek yer altı suyu → XC4/XS maruziyet, C30+ önerilir
- Kireçtaşı/kaya zemin (Toros, Ege platoları): Genellikle düşük agresif risk, C25 yeterli
- Marn/kil zemin (Ankara, İç Anadolu): Sülfit/sülfat içeriği → XA maruziyet kontrolü gerekli
- Volkanik zemin (Kapadokya, Erzurum): Yüksek gözeneklilik → XF4 don riski, C35 önerilir
6.4 Birim Fiyat Referansları (Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı)
Türkiye yıllık birim fiyat pozlarında (Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı) donatı ve beton maliyetleri için referans pozlar:
Tablo 8: Birim Fiyat Referansları (Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı)
| Poz No (örnek) | Tanım |
|---|---|
| 06.001 vd. | Hazır beton C25 (beton dökümü dahil) |
| 06.004 vd. | Hazır beton C30 (beton dökümü dahil) |
| 06.025 vd. | Donatı çeliği B420C, çap 8–32 mm |
| 06.026 vd. | Donatı çeliği B500C, çap 8–32 mm |
7. Örnek Problemler
Problem 1 — Kolay
Konu: Etriyeli kolon için ve hesabı ile taşıma kapasitesi
Veriler:
- Beton sınıfı: C20 →
- Çelik sınıfı: S220 →
- Kolon boyutları: ,
- Boyuna donatı: 4Ø16 →
- Malzeme katsayıları: , (TS 500:2000 Md. 4.3)
İstenen: Tasarım dayanımlarını ve salt eksenel yük kapasitesini () hesaplayınız.
Çözüm:
Adım 1 — Tasarım dayanımlarını hesapla:
Adım 2 — Kesit alanlarını hesapla:
Donatı oranı: (TS 500:2000 Md. 7.3.1: min. %1, max. %4 — koşul sağlandı)
Adım 3 — Salt eksenel yük kapasitesi (TS 500:2000 Denklem):
Sonuç: , ,
Kontrol: Donatı oranı %1 < 1,3% < %4 → TS 500:2000 Madde 7.3.1 koşulu sağlandı.
Problem 2 — Orta
Konu: C16/S420 dikdörtgen kesitli kirişin taşıma momenti hesabı
Veriler:
- Beton sınıfı: C16 →
- Çelik sınıfı: S420 →
- Kesit: , , paspayı →
- Donatı alanı:
- Malzeme katsayıları: , (TS 500:2000 Md. 4.3)
İstenen: Dengeli donatı yüzdesi ve taşıma gücü momenti 'yi bulunuz.
Çözüm:
Adım 1 — Tasarım dayanımlarını hesapla:
Adım 2 — Dengeli tarafsız eksen derinliği (TS 500:2000 Denklem 7.4):
Adım 3 — Dengeli donatı alanı ve oranı:
Adım 4 — Donatı kontrolü:
Adım 5 — Tarafsız eksen derinliği:
Adım 6 — Taşıma gücü momenti:
Sonuç: ,
Kontrol: → denge altı kiriş onaylandı.
Problem 3 — Zor
Konu: C20/S420 çift donatılı dikdörtgen kiriş taşıma momenti — basınç donatısının akıp akmadığının kontrolü dahil
Veriler:
- Beton sınıfı: C20 → ,
- Çelik sınıfı: S420 →
- Kesit: , , paspayı →
- Çekme donatısı:
- Basınç donatısı:
İstenen: Taşıma gücü momentini hesaplayınız.
Çözüm:
Adım 1 — Tasarım dayanımları:
Adım 2 — Donatı oranlarını hesapla:
Adım 3 — Donatı indeksi ve basınç donatısının akma kontrolü (TS 500:2000 Madde 7.2):
Sınır katsayısı (basınç donatısı akma sınırı):
→ Basınç donatısı akmış, alınır.
Adım 4 — İki kuvvet çifti yöntemi (TS 500:2000):
(ikinci çift),
Birinci çift tarafsız ekseni:
Adım 5 — Taşıma gücü momenti:
Sonuç: Çift donatılı kiriş taşıma gücü momenti
Kontrol: Kiriş denge altı mı? , C20/S420 için → → Denge altı. Basınç donatısı akma koşulu: .
8. Sık Yapılan Hatalar
-
değeri doğrudan kesit formüllerinde kullanılır. Taşıma gücü yönteminde (ULS) tüm hesaplarda kullanılmalıdır. yalnızca karakteristik değerdir.
-
için alınır. Taşıma gücü yönteminde zorunludur (TS 500:2000 Md. 4.3). Bu hata, gerçek kapasiteyi %15 oranında abartır.
-
TS 500 ile EC2 karıştırılır. İki standart farklı tanımı kullandığından sonuç farklı olur; hangi standardın esas alındığı proje başında belirlenmeli ve tutarlı uygulanmalıdır.
-
Servis yükü hesabında ULS katsayıları kullanılır. Sehim, çatlak genişliği hesabında (SLS) alınmalıdır; aksi takdirde servis dayanımı değerleri hatalı düşük çıkar.
-
farkı gözetilmez. TS 500'de ; EC2'de . Bu fark dengeli donatı oranı ve taşıma momenti hesabını etkiler; iki standardın değerleri aynı hesapta karıştırılmamalıdır.
-
TBDY 2018 kapsamında C20 veya B420 (B veya düz) çelik kullanılması. TBDY 2018 Madde 7.2.5: deprem elemanlarında minimum C25/30, sadece B420C veya B500C çelik. Eski tip S420 veya B420B çelik kullanımı mevzuata aykırıdır.
-
Beton sınıfı C30 ve üstünde k₁ değerinin sabit alınması. C30 için k₁ = 0,82, C35 için k₁ = 0,79 alınmalıdır; C20 için geçerli k₁ = 0,85 değeri yüksek dayanımlı beton sınıflarında kullanılamaz.
10. Kaynaklar
- TS 500:2000 — Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları. Türk Standartları Enstitüsü. Madde 4.3, Çizelge 3.1–3.2, Madde 6.2.5, Madde 7.2.
- EN 1992-1-1:2004 (TS EN 1992-1-1:2009) — Eurocode 2: Design of Concrete Structures. Madde 2.4.2.4, 3.1.6, 3.1.7, 3.2.7.
- TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı. Madde 7.2.4, 7.2.5, 8.2.3.
- TS 708:2010 — Çelik – Betonarme İçin Donatı Çeliği. Türk Standartları Enstitüsü.
- TS EN 206:2014 — Beton — Özellik, Performans, İmalat ve Uygunluk. Türk Standartları Enstitüsü.
- Dündar, C. & Tokgöz, S. (2006). Çözümlü Örneklerle Betonarme Problemleri. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Adana.
- European Concrete Platform (2017). Eurocode 2 — Worked Examples. Rev A 31-03-2017.
- Thbb.org — Yeni Deprem Yönetmeliği'nin Beton ile İlgili Getirdiği Değişiklikler. Türkiye Hazır Beton Birliği.
Kaynakça
- İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
- TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
- İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar
Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.
İlgili Hesaplama Araçları
Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:
- Kiriş Boyutlandırma Hesaplama
- Kolon Boyutlandırma Hesaplama
- Döşeme Donatısı Hesaplama
- İnşaat Demiri Hesaplama
Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.